射頻領(lǐng)域里噪聲系數(shù)的測(cè)試

一、 關(guān)于噪聲系數(shù)

對(duì)于放大器或者其他有源器件，由于本身就會(huì)有噪聲，輸出端信噪比和輸入端信噪比不一樣，為此，使用噪聲系數(shù)來(lái)衡量放大器本身的噪聲水平，公式表示為： 噪聲系數(shù)NF=輸入端信噪比/輸出端信噪比，單位常用“dB” 。

噪聲系數(shù)是表征接收機(jī)及其組成部件在有熱噪聲存在的情況下處理微弱信號(hào)的能力的關(guān)鍵參數(shù)之一。該系數(shù)并不是越大越好，它的值越大，說(shuō)明在傳輸過(guò)程中摻入的噪聲也就越大，反應(yīng)了器件或者信道特性的不理想。

二、 射頻領(lǐng)域里噪聲系數(shù)測(cè)試

目前，測(cè)量噪聲系數(shù)的方法主要有兩種。最常用的方法稱為 ** Y 因子技術(shù)或者熱/冷噪聲源技術(shù)** 。它使用一個(gè)與被測(cè)器件輸入端直接相連的噪聲源，提供兩個(gè)輸入噪聲電平。這種方法測(cè)試被測(cè)器件的噪聲系數(shù)和標(biāo)量增益，適用于頻譜分析儀和噪聲系數(shù)分析儀解決方案。Y 因子技術(shù)易于使用，特別是當(dāng)噪聲源具有良好的源匹配并且可以與被測(cè)器件直接連接時(shí)，測(cè)試結(jié)果的精度極佳。

測(cè)試噪聲系數(shù)的另一種方法稱為冷噪聲源方法或直接噪聲方法。這種方法不是在被測(cè)器件的輸入端連接一個(gè)噪聲源，而是只需要一個(gè)已知的負(fù)載 (通常為 50 Ω)。冷噪聲源技術(shù)需要單獨(dú)測(cè)量被測(cè)器件的增益。這種方法特別適用于用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試噪聲系數(shù)，因?yàn)榭梢杂檬噶空`差校準(zhǔn)的方法來(lái)得到非常精確的增益 (S21) 測(cè)量結(jié)果。使用 PNA-X 網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，矢量誤差校準(zhǔn)技術(shù)和 PNA-X 獨(dú)特的源校準(zhǔn)方法相結(jié)合，可以得到業(yè)界最高的噪聲系數(shù)測(cè)量精度。

冷噪聲源方法的優(yōu)點(diǎn)還包括只需與被測(cè)器件進(jìn)行一次連接便可同時(shí)測(cè)量 S 參數(shù)和噪聲系數(shù)。冷噪聲源方法雖然在測(cè)試的時(shí)候不需要測(cè)試源，但是在系統(tǒng)的校準(zhǔn)過(guò)程中，需要使用噪聲源。目前用于測(cè)量噪聲系數(shù)最常見(jiàn)的方法為Y因子方法，使用一個(gè)與DUT 的輸入端直接相連的噪聲源，提供兩個(gè)輸入噪聲電平。

Y因子技術(shù)易于使用，特別是當(dāng)噪聲源具有良好的源匹配并且可以與DUT直接連接時(shí)，測(cè)試結(jié)果的精度是很好的。測(cè)試結(jié)構(gòu)如下圖分為噪聲源、被測(cè)件以及測(cè)試儀器組成。在此我們主要針對(duì)Y因子這種廣泛普及的方法來(lái)淺析。

三、 針對(duì)Y因子測(cè)試的不同方案

ESA、EXA、MXA、PSA、PXA、NFA系列都具有噪聲系數(shù)的測(cè)試功能，ESA以及PSA只需配合219選件，X系列的信號(hào)分析儀需要配合N9069A即可實(shí)現(xiàn)噪聲系數(shù)測(cè)試功能，NFA系列的N8973A、N8974A、N8975A作為專業(yè)的噪聲分析儀不需要選件。

作為搭配有346系列的傳統(tǒng)噪聲源和SNS系列的智能噪聲源可供選擇。但是針對(duì)不同的測(cè)試要求、不同的測(cè)試精度以及經(jīng)濟(jì)預(yù)算的考慮，我們需要認(rèn)真分析，選擇最合理的儀器以及搭配最合理的噪聲源。

1、 頻率范圍的要求

ESA系列雖然支持噪聲系數(shù)的測(cè)試，但是只能保證在3GHz以內(nèi)可以滿足嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)，如果要測(cè)試到更高的頻率范圍，需要使用PSA、MXA、NFA甚至PXA系列來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里著重指出如果使用PSA例如E4440A進(jìn)行超過(guò)3GHz的噪聲系數(shù)測(cè)試，需要有硬件選件110的支持，也就是需要支持全頻段的前置放大器，不然噪聲系數(shù)的測(cè)試指標(biāo)會(huì)很不好。

因?yàn)槟壳笆忻嫔狭魍ǖ慕^大部分E4440A的前置放大器都是1DS，只能支持到3GHz以內(nèi)，所以用PSA系列來(lái)進(jìn)行高頻的噪聲系數(shù)測(cè)試可行性很低。推薦使用帶有P26的N9020A配合N9069A選件或者N8975A來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、 噪聲源的選擇

常用的有346系列的傳統(tǒng)噪聲源和SNS系列的智能噪聲源可以作為搭配用于測(cè)試生產(chǎn)。噪聲源的指標(biāo)包括頻率范圍和ENR值，頻率范圍很好選擇，只要可以覆蓋需要測(cè)試產(chǎn)品所需的頻率范圍就可以。ENR（超噪比）值就需要針對(duì)的做出選擇，常用噪聲源的ENR值有6dB和15dB。ENR值比較低時(shí)可以把由于噪聲檢測(cè)儀的非線性導(dǎo)致的誤差降到最低。如果在儀表檢測(cè)儀的更小范圍(從而也是線性更好的范圍) 內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，則此誤差還會(huì)更小。6dB 的ENR 噪聲源所用的檢測(cè)儀范圍比15dB 的ENR 噪聲源更小。

6dB ENR 噪聲源用于:

測(cè)量其增益對(duì)源阻抗變化特別敏感的器件

噪聲系數(shù)非常低的DUT

器件的噪聲系數(shù)不超過(guò)15dB

15dB ENR 噪聲源用于:

用于測(cè)量高達(dá)30dB 的噪聲系數(shù)

測(cè)量高增益設(shè)器件，用戶校準(zhǔn)儀表的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍

另外346系列的噪聲源測(cè)試前需要把對(duì)應(yīng)頻段的ENR值手動(dòng)輸入儀器，而SNS系列的智能噪聲源連接儀器后會(huì)自動(dòng)把此值寫(xiě)入儀器內(nèi)部，節(jié)省時(shí)間的同時(shí)可以減少人為的誤操作。還需要注意PSA系列不能匹配SNS系列噪聲源，其余系列都可兼容346、347和SNS系列噪聲源。

關(guān)于噪聲儀和噪聲源選擇方案對(duì)比總結(jié)如下表：

除了以上常用的經(jīng)典型號(hào)外，是德科技還在2015年推出了新款NFA系列噪聲系數(shù)分析儀代替過(guò)往產(chǎn)品，分別包括 N8973B，N8974B，N8975B，N8976B . 目前在市場(chǎng)的占有率雖然很低，但可預(yù)見(jiàn)的，未來(lái)必將成為主流噪聲系數(shù)的測(cè)試產(chǎn)品，在這里簡(jiǎn)要總結(jié)一下與上一代NFA的區(qū)別和升級(jí)部分。

1 新增了N8976B使直接測(cè)試最高頻率提升到40GHz，使用指定下變頻器可擴(kuò)展到110GHz解決方案。

2 單次測(cè)試速度從之前的70ms顯著提高到18ms。

3 不僅僅是一臺(tái)專用的噪聲系數(shù)分析儀，并且擁有全功能頻譜分析儀與IQ分析儀（基本）模式

4 顯著簡(jiǎn)化了 Y 因數(shù)測(cè)量的噪聲源校準(zhǔn)。使用內(nèi)部校準(zhǔn)功能，無(wú)需執(zhí)行用戶校準(zhǔn)，可以為許多類型的被測(cè)器件節(jié)省寶貴的測(cè)試時(shí)間。

5 功能和易用性上得到明顯改善，使用彩色多點(diǎn)觸控式屏幕，新增了LAN口、USB口，方便了存儲(chǔ)和程控的靈活性，存儲(chǔ)空間提升到160GB。